Kasztovszky Zsolt

A prompt-gamma aktivációs analízis örökségtudományi alkalmazásai

Szilikát anyagú régészeti leletek és nyersanyagaik eredetének meghatározása


V.1. Féldrágakövek: lápisz lazuli archeometriai vizsgálata

„Féldrágakőnek” – nem teljesen egzakt módon – a valódi drágaköveknél kevésbé értékes ásványokat, kőzeteket hívják. A féldrágakövek bányászata és használata ékszerkészítésre szinte egyidős az emberiséggel. A teljesség igénye nélkül a leggyakoribb, ékszerként is használt féldrágakövek: ametiszt, hegyikristály, karneol, lápisz lazuli, ónix, achát, opál, turmalin, malachit, variszcit, türkiz, gránát, hematit. Ezek közül örökségtudományi kutatásokhoz kapcsolódóan legnagyobb számban lápisz lazulit, kisebb mértékben karneolt, variszcitet, hematitot, türkizt és gránátot vizsgáltunk PGAA és egyéb analitikai módszerekkel. Jelen dolgozatban a lápisz lazuli anyagú geológiai és régészeti mintákra vonatkozó eredményeinket ismertetem.
A lápisz lazuli az egyik legrégebben ismert és kedvelt nagyértékű féldrágakő. Gyönyörű mélykék színe miatt a késő neolitikumtól napjainkig használják különféle ékszerek, berakásos díszítések készítésére. A legkorábbi felderített lápisz lazuli bányákat Afganisztán területén a Kr. e. 7. évezredben művelték (Moorey 1999). Az legrégibb ékszerkészítő műhelyt Pakisztán területén fedezték fel, és a Kr. e. 4. évezredre keltezik (Tosi & Vidale 1990). Az ókori Egyiptomban amuletteket faragtak lápisz lazuliból. Kleopátra porított lápisz lazulit használt szemfestékként (Bowersox & Chamberlin 1995).
Az ókortól kezdve a középkori, valamint a reneszánsz és a flamand festők kedvelt kék festékanyaga volt az őrölt lápisz lazuliból előállított ultramarin (Grassi et al 2004; Kanth & Singh 2019; Vasco et al. 2020) A 19. század derekára az ultramarin széleskörű felhasználásának köszönhetően a természetes pigmentforrások kimerülőben voltak. C. G. Gmelin 1828-ban publikálta az ultramarin mesterséges előállítására szolgáló eljárást (Gmelin (1828)).
A lápisz lazuli vagy lazúrkő a természetben előforduló mélykék metamorf kőzet, amely a lelőhelyétől függően a szodalitcsoporthoz tartozó ásványokból lazurit (Na,Ca)8(SO4,Cl,S)2(AlSiO4)6, haüyne Na3Ca(Si3Al3)O12(SO4), nozeán Na8Al6Si6O24(SO4l)xH2O, szodalit Na4(Al3Si3)O12Cl), valamint pirit (FeS2), kalcit (CaCO3) és kisebb arányban diopszid, wollasztonit és egyéb járulékos ásványok különböző arányú keverékéből áll (Re, A. 2012).
A lápisz lazuli szkarnosodott mészkövekben, dolomitokban, gránittal való érintkezés során, kontaktmetamorf folyamatok során keletkezik. A lápisz lazuli viszonylag kevés helyen található meg a Földön, természetes körülmények között. Mindössze 13 lelőhelye ismert a világon. Ezek a következők (5.1. ábra): Badakhshan Afganisztánban, a Pamír hegység Tádzsikisztánban, a Bajkál-tó vidéke Szibériában, Burma (Mianmar), a Baffin-sziget Kanadában, az USA New York állambeli Edwards, az USA Wyoming-Colorado-Utah államokbeli Green River formáció, az USA Kalifornia állama, Chile, Angola Afrikában, az Atlasz-hegység Észak-Afrikában, a Vezúv környéki Latium Olaszországban, valamint az Urál-hegység Oroszországban (Wyart et al. 1981, Rosen 1988, Zöldföldi & Kasztovszky 2003, Re 2012, Nöller et al. 2019). A régészeti leletek provenienciakutatását megkönnyíti, hogy a különböző lelőhelyekről származó lápisz lazuli fő kémiai összetevői ujjlenyomat-szerűen jellemzőek a keletkezés helyére.
A fent felsorolt geológiai források közül Európa és a Közel-Kelet régészete szempontjából az afganisztáni nyersanyagnak van a legnagyobb szerepe. Kisebb jelentőségű, alternatív nyersanyag lehetett még az ókorban a Pamír hegységből vagy a Bajkál-tó vidékéről, esetleg az Atlasz-hegységből vagy az Itáliából származó lápisz lazuli. Ez utóbbi lelőhelyeken igen kis mennyiségben fordul elő, az előfordulás csupán ásványtani jelentőséggel bír, kitermelésre nem alkalmas. Őskori és ókori régészeti kutatások során az Újvilág (Chile, USA) lápisz lazuli nyersanyaglelőhelyeit kizárhatjuk, viszont a hamisítványok felderítésében ezen lelőhelyek ismerete is szerepet játszhat.
 
5.1. ábra. Ismert lápisz lazuli nyersanyaglelőhelyek: az afganisztáni lelőhely (pirossal jelölve) kiemelt jelentőségű az egyiptomi leletek szempontjából. A szintén általunk vizsgált uráli, bajkáli és chilei lelőhelyek narancssárgával jelölve (Zöldföldi et al. 2006 alapján)
 
A nehezen beszerezhető, drága lápisz lazulit a történelem során gyakran helyettesítették a gyakrabban előforduló, ezért olcsóbb azurittal (Cu3(CO3)2(OH)2). Hamar felismerték azonban az azurit kék festékként használatának a hátrányát: az azurit idővel malachittá (Cu2CO3(OH)2) alakul, és kék színe zöldre változik (Desautels 1991).
A Tübingeni Egyetemen Zöldföldi Judittal 2002-ben kezdtünk lápisz lazuli nyersanyagokat vizsgálni. Fő analitikai módszerként a tömbi elemösszetétel roncsolásmentes meghatározására alkalmas prompt-gamma aktivációs analízist választottuk. Kezdeti kutatásaink célja annak megállapítása volt, hogy a PGAA mennyire alkalmas a lápisz lazuli minták geológiai lelőhelyek szerinti elkülönítésére, melyek a jól mérhető ujjlenyomatszerű geokémiai összetevők.
A PGAA-mérések mellett először a Szépművészeti Múzeum egyiptomi amulettjeinek 2022-es vizsgálata alkalmával használtunk kiegészítő vizsgálatként hordozható XRF-, hordozható közeli infravörös (near-IR ‒ NIR) spektroszkópiai és Raman-spektroszkópiai technikákat, továbbá néhány tárgy felületét hordozható optikai mikroszkóppal is tanulmányoztuk (az eredményeket később ismertetem).
 
5.2.a-b. ábra. A lápisz lazuli amulettek összetételének meghatározására alkalmazott hordozható közeli infravörös (NIR) és Raman-spektroszkópiai készülékek
 
A közeli infravörös (NIR) spektroszkópiai mérések során a mintáról a visszavert elektromágneses sugárzás ad molekuláris összetételi, illetve szerkezeti információt. A közeli infravörös színkép hullámszámtartománya 3850‒11000 cm-1 (900‒2600 nm hullámhossz) közötti, felbontása 4 cm-1. Az általunk használt ArcOptics Rocket típusú hordozható készülék (5.2.a-b. ábra (a)) behatolási mélysége néhány mm, a mérés nem igényel minta-előkészítést, a NIR- és a Raman-spektroszkópiai vizsgálatok azonnali kvalitatív információt nyújtanak a leletek felszíni fázisösszetételéről (Sándor 2022).
A közeli infravörös tartományban a molekularezgések felhangjai és kombinációi jelennek meg. Ezek a kombinációs és felharmonikus sávok jellemzően szélesek, a létrejövő spektrum összetett, így az egyes fázisoknak nehéz elkülöníteni a spektrális jellemzőit. A mérések során referenciaspektrumokhoz hasonlítjuk az ismeretlen minta spektrumát. Az összehasonlítás alapján csak félkvantitatív megállapításokat tehetünk, a pontos fázisösszetétel meghatározása NIR-spektroszkópiával nem lehetséges. Ezzel szemben a PGAA alkalmas a lápisz lazuli minták átlagos tömbi („bulk”) elemösszetételének kvantitatív meghatározására.
A Raman-spektroszkópia a minta molekuláinak rezgési és forgási állapotairól nyújt információt. Emellett a Raman-spektroszkópia által a kristályrács és a molekuláris szerkezet is tanulmányozható. A Raman-effektus során a mintára beeső fotonok többsége rugalmasan szóródik (Rayleigh-szórás), azonban egy kis százalékuk rugalmatlanul, ezt nevezzük Raman-szórásnak. A beeső foton energiája és a szétszórt foton energiája közötti különbséget Raman-eltolódásnak hívják. A mérésekhez MIRA DS XTR (Metrohm) típusú hordozható készüléket használtunk, 785 nm-es gerjesztő lézerrel (5.2.a-b. ábra (b)). A Raman-spektrum hullámszám-tartománya 400 és 2300 cm-1 között van. A közeli infravörös spektroszkópiához hasonlóan a Raman-spektroszkópiai eredményeket is referencia spektrumokhoz hasonlítottuk, ennek egy példája a 5.13. ábrán látható.
 
Különböző geológiai eredetű lápisz lazuli és egyéb hasonló nyersanyagok elkülönítése PGAA segítségével
2002 és 2023 között mintegy 150 lápisz lazuli anyagú geológiai és régészeti minta – néhány esetben más, hasonló megjelenésű kék pigment, illetve műtárgy – PGAA-mérését végeztük el. A provenienciavizsgálathoz kezdetben négy fő nyersanyaglelőhelyről – Afganisztánból, a Bajkál-tó vidékéről, az Urál vidékéről, valamint Chiléből –, továbbá 1 db, a Pamír-hegységből származó geológiai referenciamintához jutottunk hozzá, az 5.1. táblázat szerint.
 
5.1. táblázat. Az általunk vizsgált lápisz lazuli geológiai referenciaminták lelőhelyei
Típus
Lelőhely
db
Afganisztán
Badakshan, Feyzabad, Pejnab, Naadan
41
Urál (Orosz 1)
Irkutszk, ?
7
Bajkál (Orosz 2)
?
13
Chile
?
4
Pamír, Tádzsikisztán
Koh I Lal
1
 
Kezdeti vizsgálataink szerint a PGAA-módszer alkalmas a különböző geológiai eredetű lápisz lazuli minták fő geokémiai összetevőinek – Si, Ti, Al, Fe, Mn, Mg, Ca, Na, K, H, S és Cl –, valamint a nyomelemek közül a B, Sm és Gd mennyiségi meghatározására. A fő geokémiai összetevőket oxidos – a változó vegyértékűeket Fe2O3, MnO, illetve SO3 – formában adtuk meg. Mivel a vizsgált minták sok esetben makroszkóposan is inhomogén összetételt mutattak, a mérések során lehetőség szerint a homogén, kék színű, főként lazuritot tartalmazó részeket sugároztuk be a neutronnyalábbal. Ellenőrző mérésekkel megmutattam, hogy az „eredeti” tömbi összetétel jól egyezik a porított és homogenizált minta összetételével (5.2. táblázat).
 
5.2. táblázat. Tömbi és por formájú uráli, afganisztáni, bajkáli és chilei lápisz lazuli geológiai minták PGAA-val mért összetétele
Minta
Lelőhely
SiO2
Al2O3
Fe2O3
MnO
MgO
CaO
Na2O
K2O
H2O
SO3
Cl
ULL2 / 2574
Ural 2 - tömbi
46
,1
11
,3
0
,11
0
,019
11
,9
20
,7
5
,54
0
,26
0
,52
2
,96
0
,445
LLU
Ural 2 - por
45
,1
11
,8
0
,13
0
,017
11
,0
19
,3
6
,78
0
,21
0
,72
4
,46
0
,480
L1
Afganisztán 1 - tömbi
45
,2
13
,4
0
,84
0
,019
9
,7
13
,7
8
,65
0
,75
0
,57
6
,92
0
,142
LLAF1
Afganisztán 1 - por
45
,4
12
,4
1
,66
0
,023
10
,5
13
,4
7
,92
1
,37
0
,54
6
,60
0
,243
BLL3
Bajkál 3 - tömbi
48
,6
10
,4
0
,22
0
,019
12
,6
17
,1
4
,73
2
,29
0
,56
3
,31
0
,214
LLB3
Bajkál 3 - por
47
,0
12
,8
0
,12
0
,018
10
,6
14
,5
6
,09
3
,20
0
,84
4
,34
0
,422
CH2
Chile 2 - tömbi
45
,2
10
,4
3
,23
0
,054
9
,9
13
,7
5
,83
0
,50
0
,84
9
,36
0
,987
CHP
Chile 2 - por
44
,1
9
,5
4
,06
0
,051
11
,5
13
,3
5
,59
0
,45
1
,05
9
,36
0
,962
 
Az uráli, bajkáli és chilei geológiai minták pontos lelőhelyei nem voltak számunkra ismertek. Lelőhely szempontjából és a minták számát tekintve a legnagyobb változatosságot – ennek következtében a legnagyobb összetételbeli szórást is – az afganisztáni minták mutatták.
A provenienciavizsgálathoz a fő alkotók szerinti két- és háromváltozós diagramokat készítettem és megvizsgáltam, hogy elkülöníthetők-e a vizsgált fő nyersanyagcsoportok. A vizsgált elempárok közül a S‒Cl bizonyult a leginkább diszkriminatívnak (5.3. ábra).
 
5.3. ábra. Az általunk vizsgált lápisz lazuli minták csoportosítása a PGAA-val mért klór- és kéntartalom szerint
 
A mintegy 70 geológiai referenciaminta adataiból készült ábrából látható, hogy a fő lelőhelyek közül a chilei egyértelműen elkülönül a másik háromtól, elsősorban a minták nagy, 0,96‒1,27 m% klórtartalma következtében. A chilei minták kéntartalma 9,36‒12,15 m% tartományban változik.
Az uráli minták kevésbé szignifikánsan, de viszonylag jól elkülönülnek a bajkáli és afganisztáni mintáktól, viszonylag nagy, 0,44‒0,96 m% klórtartalmuk következtében. Sajnos az afganisztáni minták részben átfednek a bajkáli mintákkal, mindkét típus klórtartalma 0,015‒0,51 m% tartományba esik. Míg azonban a bajkáli minták kéntartalma szűkebb, 1,4‒6,4 m% SO3 tartományba esik, az afganisztáni minták kéntartalma – feltehetően a több lelőhely miatt – nagyobb szórást mutat, 2,96 m% és 23,2 m% értéket vesz fel.
A SO3‒Cl diagrammal ellentétben a Cl‒Fe2O3, Cl‒Na2O, SO3‒K2O és Cl‒CaO diagramok nem mutattak ilyen jó diszkriminációt, ezért ezeket nem mutatjuk be a dolgozatban. Hasonlóan nem tudtunk szignifikáns információt nyerni a főkomponens-analízis (PCA) eredményeiből sem (Zöldföldi et al. 2011a.)
 
Lápisz lazuliból készült szíriai, római és egyiptomi régészeti leletek nyersanyageredetének vizsgálata
A nyersanyagtípusokra vonatkozó alapadatok felvételét követően hozzákezdtünk régészeti leletek provenienciavizsgálatához. 2010-ben és 2012-ben a mai Szíria területén, Damaszkusztól 180 km-re feltárt, 3500 éves Qatna városából származó leleteket vizsgáltunk. Egy 2002-es ásatás során feltárt, addig bolygatatlan királyi sírból páratlan gazdagságú leletanyag került elő, amely nagy számban tartalmazott féldrágakő – köztük lápisz lazuli – ékszereket (Al-Maqdisi et al. 2003, Pfälzner 2004). Az ásatásról előkerült néhány lápisz lazuli lelet fotója a 5.4. ábrán látható. Sajnos az értékes leletek Budapestre szállítása nem volt megvalósítható, így csak néhány kisebb töredékmintát tudtunk vizsgálni.
 
5.4. ábra. A qatnai (Szíria) ásatáson előkerült néhány lápisz lazuli lelet fotója ()
 
A tárgyak nyersanyageredetére vonatkozóan, az ókorban kereskedelmi céllal megtehető távolságokat figyelembe véve, észszerű feltételezésként az afganisztáni, esetleg a tádzsikisztáni (Pamír-hegység) forrás jöhet szóba. Az általunk vizsgált mintegy 10 régészeti lelettöredék és a nyersanyagminták összetételének összehasonlítását az 5.5. ábrán mutatjuk. A valamennyi potenciális nyersanyaglelőhelyet megmintázó PGAA-adatbázis létrehozásának elvi jelentősége lenne, az ókori Közel-Kelet régészete szempontjából azonban a 13 lelőhely közül soknak (pl. a Baffin-sziget Kanadában, az USA-ban a New York állambeli Edwards, a Wyoming-Colorado-Utah államokbeli Green River formáció, az USA Kalifornia állama, Chile, Afrikában Angola) nincs relevanciája.
 
5.5. ábra. Lápisz lazuli geológiai referenciaminták és régészeti leletek összehasonlítása a PGAA-val mért klór- és kéntartalom alapján
 
A leginkább diszkriminatív S és Cl mennyisége alapján a Qatnából származó régészeti leletek nagy valószínűséggel afganisztáni lápisz lazuliból készültek. Bár a Pamírból csak egyetlen nyersanyagmintát tudtunk vizsgálni, egyéb összetevői alapján – igen kis titántartalom (0,051 m% TiO2) és vastartalom (0,12 m% Fe2O3) a pamíri eredetet ki tudtuk zárni.
A lápisz lazuli régészeti leletek összetétel-vizsgálata során néhány esetben azonosítottunk látszatra lápisz lazulinak tűnő, ám összetétele alapján más anyagú tárgyakkal. A művészettörténetben ismert, hogy az értékes lápisz lazulit (lazuritot) sokszor az olcsóbb, könnyebben elérhető azurittal (Cu3(CO3)2(OH)2), vagy a mesterségesen előállított ún. „egyiptomi kékkel” (cuprorivait: CaCuSi4O10) helyettesítették (Kovalev et al. 2023). A 5.6. a-d. ábra felvételein bemutatjuk a lazuritot, az azuritot, a mesterséges ultramarint és az egyiptomi kéket.
 
5.6. a-d. ábra. A lazurit (a), azurit (b), ultramarin (c) és egyiptomi kék (d) fotója Forrás: Wikipédia
 
Bár eltérő makroszkópos tulajdonságuk alapján is látszik a közöttük lévő különbség, elemösszetételük alapján jól megkülönböztethető a lazurit az azurittól, illetve a lápisz lazuli az egyiptomi kéktől. Az azurit és az egyiptomi kék jellemzően nagy mennyiségben rezet tartalmaz, amely a lápisz lazuliban nem mérhető. Ez a különbség kvalitatíve is azonnal látható a prompt-gamma spektrumokból. Az 5.7. ábrán egy egyiptomi kék, egy természetes lápisz lazuli és egy „hamis” lápisz lazuli (mesterséges ultramarin) minta prompt-gamma spektrumát hasonlítom össze. Az utóbbi kettő PGAA-val nem különböztethető meg, mivel ugyanazokat a fő kémiai összetevőket tartalmazza, az egyiptomi kék PGAA-spektrumában azonban jól láthatók a Cu-vonalak (Kasztovszky 2011).
 
5.7. ábra. Egyiptomi kék, természetes lápisz lazuli és „hamis” lápisz lazuli (mesterséges ultramarin) minta prompt-gamma spektruma (Kasztovszky 2011)
 
Hasonló eredményre jutott Káli György is, aki a Budapest Neutron Centrumban repülési idő neutron-diffrakcióval (TOF-ND) hasonlította össze a lápisz lazuli, az egyiptomi kék és a szodalit szerkezetét (Kasztovszky 2011).
A Szépművészeti Múzeum Antik Gyűjteményéből Dági Marianna megkeresése nyomán 2013-ban, prompt-gamma aktivációs analízissel és neutrondiffrakcióval vizsgáltunk két római gemmát, leltári számuk 2009.53.A és 51.876. A vizsgálat célja volt annak eldöntése, hogy a gemmák lápisz lazuliból készültek-e (Kasztovszky et al. 2013).
A PGAA-mérések alapján a két minta elemösszetétele jelentősen eltért egymástól (5.3. táblázat). Látható, hogy jelentős eltérések mutatkoztak a két minta Si, Al, Mn, Fe, Co, Cu, Mg, Ca, H, C (CO3)-tartalmában. A valódi lápisz lazuli gemma fotója az 5.8. ábrán látható. Az összehasonlító vizsgálat másik tárgyáról sajnos nem állt rendelkezésünkre fotó.
 
5.8. ábra. Lápisz lazuliból készült római gemma a Szépművészeti Múzeum Antik Gyűjteményéből (lt.sz. SzM 51.876)
 
A mért mennyiségi eltérések már a PGAA-spektrumok kvalitatív elemzésekor is láthatóvá váltak (5.9. ábra).
 
5.9. ábra. A Szépművészeti Múzeum lápisz lazuli (kék vonal) és a nem lápisz lazuli (zöld vonal) gemmái PGAA-spektrumának kvalitatív összehasonlítása (Kasztovszky et al. 2013)
 
5.3. táblázat. A Szépművészeti Múzeum két római gemmájának PGAA-val mért összetétele (Kasztovszky et al. 2013)
 
Lápisz gemma
 
Nem lápisz gemma
 
Főelem
Konc. / m%
Abs. hiba / +/-
Konc. / m%
Abs. hiba / +/-
SiO2
45,0
0,7
85,6
0,3
TiO2
0,023
0,001
0,077
0,003
Al2O3
8,6
0,2
0,88
0,05
MnO
0,054
0,002
0,41
0,01
Fe2O3
0,41
0,01
1,15
0,04
CoO
<k.h.
 
0,41
0,01
CuO
<k.h.
 
1,29
0,04
MgO
12,0
0,5
0,96
0,05
CaO
15,9
0,4
1,8
0,1
Na2O
3,00
0,07
5,84
0,01
K2O
0,94
0,02
0,63
0,02
H2O
1,43
0,02
0,22
0,01
CO2
10,7
1,0
<k.h.
 
SO3
1,77
0,05
0,30
0,02
Cl
0,168
0,003
0,45
0,01
Nyomelem
Konc. / ppm
Abs. hiba / +/-
Konc. / ppm
Abs. hiba / +/-
B
40,3
0,6
29,5
0,5
Nd
8,9
1,4
10
1,1
Sm
0,33
0,01
0,69
0,05
Gd
0,24
0,01
0,50
0,05
 
A TOF-ND-vizsgálatok szintén kimutatták a két gemma anyagának a különbségét. Míg az első minta diffrakciós spektruma megegyezett az afganisztáni lápisz lazuli spektrumával, a második minta a neutrondiffrakciós mérések alapján főként kvarcból áll, feltehetően tökéletlenül megolvasztott (üvegszerű) kvarc vagy üvegolvadékkal összeragasztott kvarcpor. Ugyanakkor, a második tárgy Na, Co, illetve Cu-tartalma nem valószínűsíti, hogy megolvasztott kvarcból készült, valószínűbb, hogy fajansz a vizsgált műtárgy anyaga.
2021–2022-ben a Szépművészeti Múzeum Egyiptomi Gyűjteményétől Liptay Éva megkeresésére 30 db kisméretű amulettet vizsgáltunk. Régészeti háttérismeretek alapján azt feltételeztük, hogy a nyersanyagok az ókori Közel-Keleten legnépszerűbb és legismertebb afganisztáni bányákból származtak. A kutatás Zöldföldi Judit IPERION HS mérési pályázatához és Sándor Szende fizika MSc szakos hallgató TDK-dolgozatához kapcsolódik.
Az ókori egyiptomi amulettek állatokat, isteneket, isteni jelképeket vagy miniatűr tárgyakat is formázhattak. Az 5.10. ábrán látható néhány jellegzetes amulett. Az amulettek legtöbbször sólyom, keselyű, szem, napkorong, szív, vagy más istenség motívumát ábrázolták. A tárgyak ~1‒4 cm méretűek és ~0,45‒4,83 g tömegűek voltak, méretüket tekintve optimálisak PGAA-mérésre. Az amulettek feltételezhetően lápisz lazuliból készültek. Az általánosan elfogadott régészeti elmélet szerint az egyiptomi lápisz lazuli tárgyak nyersanyaga Afganisztánból, Badakshanból származik, de nem zárható ki a pakisztáni, tádzsikisztáni, sőt a bajkáli eredet sem. A vizsgálatok célja a nyersanyag eredetének, vagyis a tárgyak provenienciájának a meghatározása volt.
Egy tárgy mind méretében, mind szabad szemmel megkülönböztethető anyagában kivételt képezett. Az ún. Amon-fej koronával, amely szemmel láthatóan nem lápisz lazuliból készült, ennek mérete ~5 cm, tömege ~96 g volt.
 
5.10. ábra. Néhány PGAA-val vizsgált jellegzetes amulett típus a Szépművészeti Múzeum Egyiptomi Gyűjteményéből
 
Az egyiptomi amulettek nyersanyageredetének meghatározásához a tárgyak tömbi („bulk”) összetételét PGAA-módszerrel mértük. Korábbi ismereteink szerint a fenti összetevők közül a kén, klór- és vastartalom alapján lehet a legjobban elkülöníteni az egyes nyersanyaglelőhelyekről származó mintákat (Zöldföldi et al. 2004). Ezen túlmenően azt is megvizsgáltuk, hogy az amulettek valóban lápisz lazuliból készültek-e.
Az 5.11. ábrán látható 27, feltételezetten lápisz lazuliból készült egyiptomi amulett lelet kén- és klórtartalom szerinti összehasonlítását láthatjuk a korábbi nyersanyagminták adataival (Zöldföldi et al. 2004). A nyersanyag-referenciák korábbi mérése alapján az afganisztáni lelőhely jellegzetessége a széles határok között mozgó kéntartalom és viszonylag kis klórtartalom. A minták közül az 51.469, 51.2590, 51.491, 51.1702, és 51.481. leltári számú amulett a várakozásainknak megfelelően egyértelműen ide sorolható. A leletek egy másik csoportja (51.1716, 1.2495, 51.504, 51.2637, 51.464, 51.466. lt.sz.) esetén a mérési adatok alapján nem határozható meg egyértelműen a nyersanyag származási helye, az afganisztáni eredeten kívül elvileg a bajkáli vagy az uráli eredetet sem zárhatjuk ki.
Összefoglalva, közel 30 egyiptomi amulett és 10 egyéb régészeti lelet egy részénél (mintegy 13 tárgy) tehát PGAA-mérésekkel igazoltam az afganisztáni nyersanyageredetet. További 19 tárgy esetében – az afganisztáni és a bajkáli nyersanyagösszetétel-adatok átfedése miatt – a PGAA-mérésekből nem dönthető el egyértelműen, hogy afganisztáni vagy bajkáli nyersanyagról van-e szó, bár régészeti megfontolások miatt az afganisztáni nyersanyageredet valószínűsíthető.
 
5.11. ábra. A Szépművészeti Múzeum amulettjeinek klór- és kéntartalma, összehasonlítva a geológiai referenciamintákkal. A műtárgyakat piros négyzettel jelöltük ()
 
Külön figyelmet érdemelnek a bizonyítottan lápisz lazuliktól különböző, feltehetően más anyagú leletek. Ezek közül az 51.2191-es leltári számmal rendelkező mintát kétszer is mértük a PGAA-berendezéssel, eltérő mérési időt alkalmazva. Az 5.11. ábrán látható, hogy ugyanazon mintán végzett két mérés eredménye hibán belül megegyezik, vagyis a PGAA-módszer eredményei jól reprodukálhatók.
Az egyiptomi amulettek nyersanyagainak jobb elkülönítése érdekében főkomponens-analízist végeztem a minták PGAA-val mért összetétel adatain.
 
5.12.a-b. ábra. A PGAA-val mért lápisz lazuli geológiai minták és az egyiptomi amulettek főkomponens-analízise
 
A főkomponens-analízis eredménye az 5.12.a-b. ábrán látható. Ezzel a módszerrel sem sikerült lényegesen jobb eredményt elérni a különböző lelőhelyek elkülönítésében. A nem lápisz lazuli minták jól láthatóan különböznek a többitől, a többi minta esetén azonban nem figyelhető meg a minták nyersanyaglelőhelyek szerinti szignifikáns elkülönülése. A főkomponensekben legnagyobb súllyal szereplő összetevők a 5.12.a-b. ábrán (b) láthatóak. A CaO, a SO3, SiO2 adatok mutatják a legnagyobb szignifikanciát a minták esetén. A kiegészítő NIR- és Raman-spektroszkópiai mérések néhány eredményét az alábbiakban ismertetem.
Az 5.13. ábrán a viszonylag nagy klórtartalmú Szív-amulett (lt.sz. SzM 51.2191) Raman-spektrumát hasonlítom össze két afganisztáni eredetű geológiai lápisz-lazuli mintával (AFGH-05 és MANO-02). A Raman-mérések alapján a Szív-amulett afganisztáni lápisz lazuliból készült (Sándor 2022).
 
5.13. ábra. Két lápisz lazuli referencia minta és régészeti lelet Raman-spektruma (Sándor 2022, © Zöldföldi)
 
Megállapítható tehát, hogy a mért régészeti és geológiai minták esetében a lehetséges nyersanyaglelőhelyek azonosítása önmagában PGAA-méréssel sok esetben nem egyértelmű, mivel a régészetileg feltételezett afganisztáni és bajkáli nyersanyagforrások a mért összetevők alapján nem különülnek el egymástól szignifikánsan.
A provenienciaadatok pontosítására részben a referenciaminták számának növelése (ami logisztikai problémát jelenthet), részben kiegészítő roncsolásmentes módszerek (Raman-, illetve FT-IR spektroszkópia) alkalmazása adhat megoldást.
 
Különleges anyagú egyiptomi amulettek
 
Toll amulett (ltsz. SzM 51.1598) és Udzsat-szem (ltsz. SzM 84.19-E)
A PGAA-elemzések alapján a toll amulett kis kéntartalommal és nagy klórtartalommal jellemezhető, ezen kívül pedig olyan elemeket is tartalmaz, amelyeket a lápisz lazuli geológiai és régészeti minták nem: található benne kobalt, réz és nagy mennyiségű ólom is (lásd 5.4. táblázat).
A Gamma Viewer programmal grafikusan is összehasonlítottuk a toll amulett PGAA-spektrumát (kékkel jelölve) egy bizonyosan lápisz lazuli anyagú minta spektrumával (zölddel jelölve) (5.14. ábra). A két minta közötti különbséget jól mutatják pl. a réz, kobalt (278 keV), illetve az ábrán nem látható ólom (7368 keV) vonalai a toll amulett spektrumában. Ezen túlmenően a toll amulett spektrumában nem találhatók magnéziumvonalak, ami a lápisz lazuli egyik fő alkotóeleme. A főelemek, valamint a Co és Cu PGAA-val mért koncentrációértékei (5.4. táblázat) arra utalnak, hogy ez a műtárgy feltehetően üvegből készült. A toll amulett 5.15. ábrán látható, lápiszoktól eltérő Raman-spektruma a fluoreszcencia jelensége miatt nem mutat jellegzetes Raman-sávokat.
Az egyiptomi amulettek közül az Udzsat-szem klórtartalmát találtuk a legnagyobbnak. A minta Raman-spektruma (5.15. ábra, zöld vonal) és NIR-spektruma (5.16. ábra, piros vonal) kvalitatíve mutatja a lápisz lazuli jellegzetességeit, de a lápisz lazulira jellemző sávok nem annyira hangsúlyozottak. A nagy klórtartalom ismeretében feltételezzük, hogy a minta nagymértékű mállottsága okozza a Raman- és NIR-spektrumok torzulását.
 
5.14. ábra. A toll amulett (ltsz. 51.1598 – kék spektrumrajz) és egy lápisz lazuli (ltsz. 51.491 – zöld spektrumrajz) PGAA-spektrumának összehasonlítása
 
5.15. ábra. Két afganisztáni geológiai lápisz lazuli minta és két eltérő anyagú régészeti lelet Raman-spektruma: Udzsat-szem (ltsz. SzM 84.19-E) zölddel jelölve, és toll amulett (ltsz. SzM 51.1598) lilával jelölve (Sándor 2022, © Zöldföldi nyomán)
 
5.16. ábra. Két afganisztáni lápisz lazuli geológiai, egy lápisz lazuli régészeti minta (Sólyom-amulett – SzM 51.1589) és az eltérő anyagú Udzsat-szem (ltsz. SzM 84.19-E) NIR-spektruma (Sándor 2022, © Zöldföldi nyomán)
 
5.4. táblázat. Egy lápisz lazuli amulett (lt.sz. SzM 51.466), a Toll amulett (lt.sz. SzM 51.1598) – feltételezett üvegpaszta –, egy Thoerisz amulett (lt.sz. nélkül) – feltételezett ún. „egyiptomi fajansz” –, és az Amon-fej – feltételezett szerpentinit – PGAA-val mért összetétele
 
Thot amulett SzM 51.466
 
Toll amulett SzM 51.1598
 
Thoerisz amulett
 
Amon-fej
SzM 2019.15E
 
 
Konc. / m%
Abs. unc. / ±
Konc. / m%
Abs. unc. / ±
Konc. / m%
Abs. unc. / ±
Konc. / m%
Abs. unc. / ±
SiO2
44,2
0,7
58,5
0,9
94,1
0,2
30,6
0,6
TiO2
0,34
0,01
0,13
0,01
0,044
0.002
0,012
0,002
Al2O3
10,2
0,2
1,80
0,1
<k.h.
 
20,0
0,4
Fe2O3t
1,63
0,05
1,65
0,05
<k.h.
 
6,7
0,2
MnO
0,121
0,04
0,37
0,01
0,01
0,001
0,103
0,003
MgO
12,5
0,6
<k.h.
-
<k.h.
-
28,0
0,5
CaO
16,1
0,4
3,8
0,1
0,96
0,03
<k.h.
 
Na2O
5,4
0,1
14,0
0,4
0,170
0,006
<k.h.
 
K2O
1,56
0,04
0,62
0,02
0,086
0,004
<k.h.
 
H2O
0,69
0,02
0,22
0,01
2,9
0,2
12,7
0,2
SO3
6,2
0,1
0,53
0,05
<k.h.
-
<k.h.
 
Cl
0,167
0,03
0,68
0,02
0,199
0,005
0,0013
0,0003
CoO
<k.h.
-
0,22
0,01
<k.h.
-
<k.h.
 
NiO
<k.h.
 
<k.h.
 
<k.h.
 
0,141
0,007
CuO
<k.h.
-
0,36
0,01
1,5
0,1
<k.h.
 
SbO
<k.h.
-
2,6
0,1
<k.h.
-
<k.h.
 
PbO
<k.h.
-
14,5
0,9
<k.h.
-
<k.h.
 
 
Thoerisz amulett
 
5.17. a-b. ábra. A Thoerisz amulett (leltári szám nélkül) a Szépművészeti Múzeum Egyiptomi Gyűjteményéből a PGAA-mérést megelőzően (a), a mintatartó keretben (b)
 
A Thoerisz amulett jellegzetes motívumot, egy kétlábon álló oroszlánfejű istenséget ábrázol. Zöldeskék színű anyaga ránézésre is jól megkülönböztethető a lápisz lazulitól (5.17. a-b. ábra). PGAA-mérések alapján megállapítottam, hogy anyaga 94,1 m% SiO2, H2O-tartalma magasabb, mint a lápisz lazulikra jellemző mennyiség, az összes többi főelem (TiO2, Al2O3, Fe2O3t, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2O) koncentrációja szignifikánsan alacsonyabb a lápiszokra jellemző értéknél, ezen felül 1,5 m% CuO-t is tartalmaz (5.4. táblázat). A fenti összetétel igazolja azt a feltevést, hogy a Thoerisz amulett ún. egyiptomi fajanszból, azaz magas hőmérsékleten kiégetéssel szinterelt kvarcból (homokból) készült kerámia, amelyhez színezékként rezet adagoltak (Nicholson et al. 2000).
 
Amon-fej (ltsz. SzM 2019.15-E)
Az ún. Amon-fej PGAA-mérését a NIPS-NORMA-mérőhelyen végeztük, ugyanis ez a lelet nagyobb méretű az amuletteknél. Ennél a leletnél optikai vizsgálat (szemrevételezés), valamint az előzetes Raman-spektroszkópiai mérések alapján azt vártuk, hogy valamilyen lápisz lazulitól eltérő anyagú kőzetből készült.
A lelet PGAA-spektrumát grafikusan is összehasonlítottuk egy lápisz lazuli spektrummal (5.18. ábra). A zölddel jelölt Amon-fej spektrumon nem találhatók nátrium, illetve a hátteret meghaladó bór és klór csúcs, mint a kékkel jelölt lápisz lazuli esetén. Az Amon-fej spektrumában 476 keV-nél nem látható a kiszélesedő bór csúcs, a bór csúcson 472 keV-nél lévő nátrium csúcs, valamint az 517 keV-es klór csúcs sem. A PGAA-elemzések – elsősorban a mért nagy Al-, Fe- és Mg-tartalom – megerősítették a feltevést, hogy ez a lelet szerpentinitből készült (5.4. táblázat).
 
5.18. ábra. Amon-fej (zölddel jelölve) és jellegzetes lápisz lazuli (kékkel jelölve) spektrum összehasonlítása
 
Kutatásaink eredményeit összefoglalva, a PGAA alkalmas lápisz lazuli anyagú régészeti és geológiai minták fő geokémiai összetevőinek mennyiségi meghatározására. A NIR-, a Raman-, és a PGAA-spektroszkópiai adatok is megbízhatóan igazolták a lápisz lazulitól szabad szemmel is eltérőnek mutatkozó, más nyersanyagból készült tárgyak különbözőségét.
A lehetséges nyersanyaglelőhelyek azonosítása a rendelkezésre álló adatok alapján sok esetben nem egyértelmű, mivel a régészetileg feltételezett afganisztáni és bajkáli nyersanyagforrások a mért összetevők alapján nem különülnek el egymástól szignifikánsan.
A nyersanyaglelőhelyek azonosítását (provenienciaanalízist) a jövőben további régészeti tárgyak, illetve referenciaminták mérésével, illetve a meglévő adatbázis további statisztikai elemzésével kívánjuk pontosítani.
A lápisz lazuli minták mellett kísérleti jelleggel zöldes színű variszcit (hidratált alumínium-foszfát: CuAl6(PO4)4(OH)8·2H2O) féldrágakő minták provenienciakutatásához is végeztünk PGAA próbaméréseket (Zöldföldi et al. 2011b).
 

A prompt-gamma aktivációs analízis örökségtudományi alkalmazásai

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2026

ISBN: 978 963 664 202 0

Az örökségtudomány (angolul „heritage science”) fő célkitűzése, a tárgyi emlékeink elemzése és megőrzése a jövő nemzedékek számára, napjainkban kiemelt helyen szerepel Európa és az egész világ tudományos feladatai között.

A prompt-gamma aktivációs analízis (PGAA) az alkalmazott neutronnyaláb nagy áthatoló képessége következtében a tárgyak átlagos tömbi összetételéről szolgáltat adatokat. A PGAA-val elvileg minden kémiai elem kimutatható, elemenként eltérő érzékenységgel. A módszer kiválóan alkalmas értékes, egyedi minták, pótolhatatlan kulturális és természeti kincseink, például régészeti leletek roncsolásmentes örökségtudományi (archeometriai) vizsgálatára, elsősorban a leletek nyersanyagainak eredetmeghatározásában.

Kutatásaink a PGAA alkalmazhatóságára irányultak, főként szilikát anyagú régészeti leletek (kőeszközök, féldrágakövek, üvegek) archeometriai vizsgálataiban. Együttműködésben hazai múzeumokkal, egyetemekkel, Magyarországon elsőként végeztünk szisztematikus PGAA-méréseket különböző kőzetekből (obszidián, kovakőzetek, metamorf kőzetek), lápisz lazuliból, üvegből, valamint réz- és ezüstötvözetekből, kerámiából, készült régészeti tárgyak nagyszámú sorozatain. Munkatársaimmal összesen több mint 6000 archeometriai tárgyú PGAA-elemzést végeztünk, az egyes anyagfajtákra jelentős PGAA-adatbázisokat hoztunk létre, amelyekre számos jelenlegi hazai és nemzetközi régészeti kutatási projekt támaszkodik.

Az elmúlt 25 évben a budapesti PGAA-laboratórium mind a hazai, mind a nemzetközi tudományos életben elismertségre tett szert az archeometriai kutatások terén. Számos hazai és nemzetközi örökségtudományi tárgyú projektben vettünk részt. Tudomásunk szerint a budapesti az egyetlen, PGAA-t hosszú távú örökségtudományi kutatásokban alkalmazó laboratórium a világon.

Hivatkozás: https://mersz.hu/kasztovszky-a-prompt-gamma-aktivacios-analizis-alkalmazasa-szilikat-anyagu-regeszeti-leletek-es-nyersanyagainak-meghatarozasara//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave